Описание лабораторной установки

Устройство автоматических выключателей в электроустановках напряжением до 1000 В можно изучить с помощью стендов, расположенных в учебной лаборатории.

Для испытаний аппаратуры на стенде следует собрать схему приведенную на рис. 37.

Рис. 37. Схема испытания автомата максимального тока

Схема собирается при отключенном напряжении питания и с соблюдением правил техники безопасности.

После сборки схема представляется преподавателю.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством, конструкцией и принципом действия автоматического воздушного выключателя.

Изучить работу контактной и дугогасительной системы автомата, привода, механизма свободного расцепления, работу теплового и максимального расцепителей.

2. Составить схему подключения нагрузки к питающей сети с помощью автомата. Дать описание защит, которые обеспечивают автоматический воздушный автомат.

3. Изучить механизмы регулирования тепловых реле, контактной системы, срабатывания максимальных расцепителей, напряжения срабатывания минимального расцепителя.

4. Снять токовременную характеристику.

Собрать схему испытания, рис. 37. Снять характеристику t = f(I),

где t – время срабатывания, I – ток нагрузки. После каждого отсчета необходимо дать остыть подвижной системе теплового реле в течение 1,5–2 мин.

При установке тока в цепи необходимо шунтировать тепловое реле автомата при помощи тумблера SA.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение автомата максимального тока?

2. Какое назначение имеет механизм свободного расцепления?

3. Как гасится дуга в испытуемом автомате?

Лабораторная работа № 5 Изучение конструкции малообъемных масляных выключателей

Цель работы: изучение конструкций и технических параметров масляных выключателей серий ВМП и ВК, применяемых в комплектных распределительных устройствах 610 кВ.

Общие сведения.

Принцип работы маломасляного выключателя основан на гашении электрической дуги, возникающей при размыкании контактов, потоком газо-масляной смеси, которая образуется в результате интенсивного разложения трансформаторного масла под действием высокой температуры электрической дуги. Этот принцип работы дугогасительного устройства хорошо зарекомендовал себя при эксплуатации выключателей.

В рассматриваемых выключателях значения номинальных токов и токов отключения остаются без изменений при применении их в установках на меньшее номинальное напряжение (3 или 6 кВ).

Выключатели серии ВМП широко применяют в комплектных и закрытых распределительных устройствах 610 кВ. Эти выключатели имеют различное исполнение:

1. Обычные  для работы в нормальных климатических условиях.

2. Тропические  для работы в районах с тропическим климатом (к обозначению выключателей этих разновидностей добавляется буква Т).

3. Усиленные  в общем и тропическом исполнении (тогда к обозначению добавляется буква У).

Выключатели делятся на две группы:

1. ВМП10, ВМП10У, ВМП10Т для стационарных устройств типа КСО.

2. ВМП10К, ВМП10КУ, ВМП10КТ и ВМП10КТУ для комплектных РУ, КРУ с ячейками выкатного типа.

В первых выпусках типов ВМП10К, предназначенных для КРУ, привод поставлялся отдельно. Позднее появились выключатели с встроенным пружинным или электромагнитным приводом типа ВМПП и ВМПЭ. Эти выключатели рассчитаны на номинальные токи до 3200А, токи отключения  до 31,5 кА.

Выключатели имеют повышенную механическую прочность: неусиленные  не мене 50 тыс. включений и отключений (без нагрузки). Выключатель в собранном виде в трехфазном исполнении с электромагнитным приводом ПЭ11 показан на плакате.

Каждая фаза имеет отдельный выключатель, полюс которого смонтирован на двух опорных изоляторах 2, с внутренним механическим креплением арматуры, установленных на общей стальной раме 1. Рама является основанием выключателя. Выключатель управляется приводом 8, связанным тягами 7 и 6 с главным валом выключателя. На валу 4 против каждого полюса установлен двухплечий рычаг, который одним концом соединен с изоляционной тягой 3 полюса, а другим  с отключающей пружиной. Для амортизации при включении и отключении выключатель снабжен масляным и пружинным демпферами. Масляный демпфер смягчает удары при отключении, а пружинный  при включении.

Если расстояние между центрами полюсов менее 250 мм (в шкафах КРУ), то между полюсами выключателя устанавливаются изоляционные перегородки. Разрез полюса выключателя показан на рис. 38.

Каждый полюс выключателя состоит из прочного влагостойкого цилиндра, на концах которого заармированы металлические фланцы 2 и 9. Внутри корпуса 4 из алюминиевого сплава, укрепленного на верхнем фланце, размещен приводной механизм, подвижный контактный стержень, роликовое токосъемное устройство и маслоотделитель.

Корпус механизма сверху закрыт крышкой из изоляционного материала, имеющей канал для соединения внутренней полости цилиндра с атмосферой и отверстие для заливки масла, закрытое пробкой. Нижний фланец снизу закрыт крышкой из меди, внутри которого расположен неподвижный розеточный контакт, а снаружи  маслоспускательная пробка. К крышке с помощью болтов крепится токоведущая шина. Конструкция нижнего фланца позволяет создать воздушную подушку при залитом трансформаторным маслом цилиндра выключателя. Подушка выполняет роль амортизатора при повышении давления в нижней части цилиндра в момент горения электрической дуги.

При выходе контактного стержня в розетку, сегменты, из которых состоит контакт, расходятся, сжимая контактные пружины.

Тем самым обеспечивается так называемый ход в контактах.

Внутри изоляционного цилиндра 14 над розеточным контактом расположена дугогасительная камера. Дугогасительная камера выполняется в двух вариантах. Набирается она из чередующихся гетинаксовых и фибровых пластин. Чтобы предотвратить возможность загорания дуги между подвижными стержнями и стенками нижнего фланца, внутри последнего находится изоляционный распорный цилиндр. Этот цилиндр одновременно удерживает дугогасительную камеру от смещения.

Во включенном положении подвижный стержень находится в розеточном контакте. При отключении выключателя контактный стержень выходит из розеточного контакта и в этот момент загорается электрическая дуга. Под действием высокой температуры дуги трансформаторное масло газогенерирует.

Р ис. 38. Разрез полюса выключателя ВМП–10:

а – положение «отключено»; б – положение «включено»; в – процесс отключения; 1 – нижний вывод и крышка выключателя; 2 – неподвижный контакт; 3 – воздушная подушка; 4 – гасительная камера; 5 – изоляционный цилиндр; 6 – верхний вывод; 7 – роликовый токосъёмный контакт; 8 – маслоотделяющее устройство; 9 – крышка; 10 – приводной механизм; 11 – направляющий стержень; 12 – подвижный контакт; 13 – маслоуказатель.

В связи с тем, что в начале размыкания контактов поперечные каналы еще перекрыты контактным стержнем, давление в камере повышается, и воздушная подушка в амортизационной камере сжимается. При дальнейшем движении контактного стержня освобождаются поперечные каналы и находящиеся под давлением масло и газы устремляются поперек дуги, производя интенсивную ее деонизацию. При переходе тока через нуль давление в газопаровой среде, снижается и сжатый воздух амортизационной камеры подобно поршню нагнетает масло в область дуги. При отключении больших токов образуется энергичное поперечное дутье, и дуга гаснет в нижней части камеры. При отключении малых токов дуга тянется за стержнем, и в верхней части камеры испаряется масло в карманах, создавая встречнорадиальное дутье, а затем при выходе стержня из камеры  продольное дутье. Время гашения дуги при отключении больших и малых токов не превосходит 0,0150,025 с .

Отработавшие газы по вертикальным отверстиям камеры попадают в верхнюю часть цилиндра и через отверстия в маслоотделитель, в котором газы очищаются от капелек масла. После очистки газы через отверстия уходят в окружающую среду. После нескольких отключений масло в выключателе загрязняется примесью обгоревшей фибры, и его изоляционные свойства ухудшаются. Поэтому в отключенном состоянии между контактными стержнями и поверхностью масла должна быть воздушная прослойка толщиной около 15 мм. Для наблюдения за уровнем масла в выключателе предусмотрен маслоуказатель. В выключателе должен строго поддерживаться определенный уровень масла, отмеченный на маслоуказателе. Бестоковая пауза при АПВ для этих выключателей довольно большая  0,5 с.

Таблица 1.

Основные технические данные выключателей ВМПП, ВМПЭ:

Номинальное напряжение, кВ, для работы в условиях:
Умеренного климата	10
Тропического климата	11
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	12
Номинальный ток выключателей, А, для работы в условиях:
Умеренного климата	630; 1000; 1600; 3150
Тропического климата	630; 1250; 3500,
Номинальный ток отключения, кА	20; 31,5
Номинальный ток включения, кА:
Действующее значение периодической составляющей	20; 31,5
Амплитудное значение	52; 80
Предельный сквозной ток, кА:
Начальное действующее значение периодической составляющей	20; 31,5
Амплитудное значение	52; 80
Предельный ток термической стойкости для промежутка времени 3 с, кА	20; 31,5
Минимальная бестоковая пауза при АПВ, с	0,4
Собственное время отключения выключателя с приводом, с,
не более	0,090,12
Полное время отключения выключателя с приводом, с,
не более	0,11
Собственное время включения выключателя с приводом, с,
не более	0,3
Номинальное напряжение постоянного тока, В:
Электромагнита включения	110 или 220
Электромагнита отключения	110/220
Диапазон оперативной работы привода по напряжению на зажимах его обмоток, % номинального напряжения:
Отключающего электромагнита	65120
Включающего электромагнита	85110
Потребляемый ток обмоток электромагнита, А:
Отключающего
при 110 В, не более	5
при 220 В, не более	2,5
Включающего:
на 20 кА:
при 110 В	180
при 220 В	90
На 31,5 кА:
при 110 В	200
при 220 В	100
Масса выключателя без масла, кг	190210
Масса масла, кг	5,5 ±0,5

При работе выключателей в сетях переменного тока частотой 60 Гц номинальный ток отключения уменьшается на 20 %.

Выключатели рассчитаны на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха в условиях умеренного климата от 25 ° до +50 °С (среднесуточная расчетная температура не выше 45 °С, при наличии подогрева в КРУ допускается эксплуатация выключателей при температуре до –40 °С, а эпизодически  до минус 45 °С); в условиях тропического климата от 10 ° до +55 °С.

Наибольшее допустимое для выключателей без осмотра число суммарных операций отключения и включения в режиме КЗ при токах отключения в диапазоне 3060 % номинального тока отключения составляет 17 операций О у включателя на ток отключения 20 кА или 10 операций О 100 %-ного номинального тока отключения и 12 операций О у выключателя на ток отключения 31,5 кА или 7 операций О 100 %-ного номинального тока отключения или после совершения выключателем операций В и О рабочих токов, близких к номинальному току и суммарно равных 150 кА.

Масляный выключатель ВК–10 на номинальные токи до 3150 А колонкового типа со встроенным пружинным приводом предназначен для работы в операциях О, В и в циклах: 0–0,3 с ВО–180с–ВО; О–180с–ВО–180с–ВО; О–0,3с–ВО–20с–ВО. Выключатели имеют такие же технические данные, как и выключатели ВМПЭ-10, но отличаются следующими данными:

Таблица 2.

Основные технические данные выключателей ВК–10

Минимальная бестоковая пауза при АПВ, с	0,5–0,3
Собственное время отключения выключателя с приводом, с	0,05–0,1
Время отключения выключателя с приводом, с, не более	0,07
Собственное время включения выключателя с приводом, с,
не более	0,075
Номинальное напряжение электромагнитов включения и отключения, В:
постоянного тока	24; 48; 110; 220
переменного тока	100; 127; 220; 380
Пределы напряжения на зажимах отключающего электромагнита управления, % Uном	80–100
Номинальное напряжение электродвигателя для заводки рабочих пружин привода, В:
постоянного тока	110; 120
переменного тока	127; 220
Пределы напряжения па зажимах электродвигателя заводки рабочих пружин привода, % Uном 80	100
Время заводки рабочих пружин привода при минимальном напряжении, с, не более	15
Число операций включения, которое способен совершать привод при полностью заведенных рабочих пружинах без их подзаводки	1
Масса выключателя без масла, кг	157–179
Масса масла, кг	12

Выключатели ВК–10 по конструкции в зависимости от номинального тока и номинального тока отключения имеют отличия по исполнению полюсов (показаны на плакате). Выключатели на 630 и 1000 А с Ι_о.̣ном 20 кА выполнены с полюсами в цельном изоляционном цилиндре, все выключатели, с Ι_о.̣ном 31,5 кА и 1600 А имеют в верхней части металлические ребристые корпуса, а снизу – полюса из изоляционного цилиндра. Выключатель имеет меньшие габариты в сравнении с выключателем ВМПП и ВМПЭ.

Выключатель управляется дистанционно или вручную двигательным-пружинным приводом косвенного действия. Операция включения выключателя осуществляется за счет энергии, предварительно запасенной включающими пружинами привода. Отключение выключателя осуществляется за счет энергии, запасенной отключающей пружиной выключателя при включении. Выключатель ВК–10 представляет собой конструкцию полностью собранного выдвижного элемента, применяемого в шкафах КРУ КМ–1. В других конструкциях КРУ (например, К–47, К–49, К–104) у выключателей заменяется фасадная перегородка, которая не обладает достаточной для этих КРУ механической прочностью.

Выключатель ВК–10 состоит из сборного основания, трех полюсов, пружинного привода, фасадной перегородки, двух штепсельных разъемов по 20 цепей каждый, съемной пластины для подъема шторного механизма шкафа КРУ и изоляционного кожуха для выключателей с полюсами, имеющими металлические корпуса.

В зависимости от номинального тока выключатели имеют типоисполнения ВК–10–31,5/2000У2 и ВК–10–31,5/3150У2 и различаются по конструкции только исполнением главного и дугогасящего токоведущего контуров.

Выключатель ВК–10 на номинальные токи 2000 и 3150 А (рис. 39) состоит из следующих основных элементов: основания; трех полюсов, имеющих рабочие (открытые) и дугогасительные контакты; пружинного привода; фасадной перегородки; двух штепсельных разъемов с проводами для связи со шкафом аппаратуры вспомогательных цепей; изоляционного кожуха.

Выключатель в сборе также представляет полностью выдвижной элемент шкафа КРУ.

Принцип построения конструкции выключателя на 2000 и 3150 А такой же, как и у выключателя на 1600 А, за исключением полюса. Полюс выключателя состоит из двух параллельных токоведущих контуров: главного (рабочего), размещенного снаружи полюса между пластинами подвижных разъемных контактов, и дугогасящего, расположенного в изоляционном цилиндре. Главный токоведущий контур состоит из неподвижного контакта, токопровода, подвижного стержня, шарнирно связанного изоляционной тягой с наружным рычагом механизма. Подвижный стержень при включении замыкается с неподвижным контактом, шунтируя снаружи контакты дугогасящего токоведущего контура.

Неподвижный контакт по конструкции розеточного типа (с 8 ламелями для выключателей на 2000 А и с 12 – на 3150 А), установлен на верхних пластинах подвижного разъемного контакта выдвижного элемента-выключателя.

Р ис. 39. Полюс выключателя ВК–10–31,5/2150У2; ВКЭ–10–31,5/2150У2:

1 – корпус механизма; 2 – рычаг механизма наружный; 3, 24 – прокладки; 4, 5 – тяги изоляционные; 6, 11 – цилиндры нижний и верхний; 7, 14 – пластины нижняя и верхняя, 8 – токопровод; 9, 10 – стержни подвижные; 12 – контакт неподвижный; 13 – контакт подвижный выдвижного элемента КРУ; 15 – контакт розеточный; 16 – стекло маслоуказателя; 17 – обойма; 18 – корпус; 19 – токопровод; 20, 21 – стержни направляющие; 22 – ролик; 23 – камера дугогасительная; 25 – цилиндр распорный; 26, 27 – фланцы; 28 – рычаг механизма внутренний.

Токопровод по конструкции представляет собой роликовое токосъемное устройство, состоящее из 8 пар роликов (см.сечение Б–Б, рис. №12) для выключателей на 2000 и 12 – на 3150 А.

Токопровод установлен на нижних пластинах разъемных контактов, и служит для передачи тока с подвижного стержня через ролики на направляющие стержни с последующей передачей тока на нижние пластины и подвижные разъемы выдвижного элемента. Внутренний рычаг механизма связан изоляционной тягой с подвижным контактом выключателя. Для повышения термической стойкости подвижный контакт облицован металлокерамикой.

Дугогасящий токоведущий контур размещен в двух цилиндрах: верхнем и нижнем, которые соединены между собой фланцем, образуя единую несущую конструкцию, закрепленную на корпусе механизма. Над камерой на корпусе установлен розеточный контакт, у которого на основании, в обойме установлены 9 ламелей для выключателей на ток 2000 А или 11 – на 3150 А, нижние торцы их облицованы дугостойкой металлокерамикой.

На нижних и верхних пластинах разъемных контактов установлены ламели пальцевого типа (по 40 контактов для выключателей – на ток 2000 А и по 56 – на 3150 А).